堆取料機堆料工作時防溜車研究

王玉恒

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063000）

1 堆取料機使用現狀

鋼鐵廠內使用的堆取料機（俗稱大機）根據其堆、取功能可以細分成堆料機、取料機和堆取料機，其中堆料機和堆取料機都能承擔堆料的功能。普遍來說，堆料時的能力要大于取料時的能力。例如，某沿海鋼廠，物料直接從港口由抓船機從貨船上抓出，再由碼頭的皮帶直送鋼鐵廠的原料場，鋼鐵廠的堆取料機（及堆料機）堆料能力為7500t/h，取料能力則為2000t/h。

堆取料機（及堆料機）在堆料時，物料在地面皮帶上由堆取料機（及堆料機）尾車上到中心溜槽再由懸臂皮帶堆積到料堆上。在此過程中，地面皮帶機的運轉帶動及物料在尾車上的壓迫，都給了堆取料機（及堆料機）一個向前的推動力，如果制動力不足，就會造成溜車故障。

2 案例簡介

2020年6月13日4：13某鋼鐵廠礦料場內一臺堆料機在卸船堆料過程中，發生溜車故障。維護人員檢查4、5、6、7、8號走行制動器抱閘片損壞（見圖1）。事后分析時，有人提出制動器抱閘片調整間隙有問題或者線圈阻值發生變化導致磁力變小，這兩種原因最終導致制動力不足。

圖1 過磨損的抱閘片

經過翻查維護記錄，該堆料機抱閘片于2019年12月19日進行更換；2020年2月16日、4月7日進行過間隙調整，間隙標準0.35mm，使用塞尺測量，經檢查各項記錄；此故障之前一個月以內沒有司機反饋過設備有制動失靈的情況。綜上就可以排除掉制動器維護問題，必須研究堆料機工作過程中的受力情況找到問題原因才能對癥下藥。查看上游皮帶機皮帶秤料量記錄，溜車時瞬間料量已超過7500t/h的額定能力，達到了8329t/h（碼頭抓船機及皮帶能力最高可達9000t/h）。翻查歷年故障及詢問司機，在超料量堆積的情況下，堆取料機未發生過類似問題，但該堆料機則發生過不止一次。

3 受力分析

上文中的堆料機為大連重工起重集團生產，型號為DBK7500.45型，堆取料機為同廠生產的DQLK2000/7500.55型。但相對于堆取料機（979t），堆料機本身自重小（561.7t），制動器也少近一半（堆取料機24個，堆料機14個）。

因礦料場內使用的堆取料機及堆料機對應的地面皮帶長度、型號、驅動等基本條件相同，在同等料量的情況下，地面皮帶對于兩種機型的推動力近似可以看成是相等的。

從維護經驗及直觀感受上講，堆料機的抗推動能力小于堆取料機，尤其是松開抱閘走行時，即制動器產生的摩擦力不介入時，堆料機相對于軌道的最大靜摩擦力（外力超過最大靜摩擦力時物體才會產生加速度）小于皮帶的推動力時，就會出現被皮帶推走的情況，且推動力比摩擦力超出越多，堆料機被推動的速度就越快。下面從受力分析的角度進行定性分析。

設皮帶的推動力為F，堆料機自重質量為m，堆取料機自重質量為M，堆料機最大靜摩擦力f1=μmg，堆取料機最大摩擦力f2=μMg，μ代表車輪與鋼軌的摩擦系數，g代表重力加速度，μ，g為常數。

堆料機溜車加速度

堆取料機溜車加速度

假設F與μ確定，M大于m，綜合式（1）和（2），定性比較來看，a1要大于a2。

假設料量產生的推動力使得堆取料機處于與臨界平衡狀態，a2=0，車輪與鋼軌摩擦系數套用鐵路上計算使用的黏著系數取0.3，代入兩種機型的自重（忽略堆料時機上物料重量）計算可得，a1=2.2m/s2。此計算可以證明，在打開抱閘的情況下堆料機比堆取料機的抗推動能力是差很多的。

4 驗證分析

詢問當天司機作業過程，堆料給定位置為料條280～400m處，采用鱗狀堆積方式進行堆料。鱗狀堆積不同于定點堆積方式，雖然它能使物料堆積的粒度更均勻，但需要在堆料點附近頻繁前后移動，因此會頻繁開閉制動器。

料場內有一處監控攝像頭，查看監控視頻錄像，可以看出視頻錄像顯示時間4:12:40開始，堆料機向東出現明顯走行跡象（司機說當時要向東走行堆料，皮帶運行方向也是自西向東），4:12:45開始車輪及其走行電機處出現明顯冒煙跡象，堆料機開始制動，4:12:58懸臂皮帶卸料停止，4:13:03堆料機停止走行。

結合司機事后描述，推斷整個過程為堆料要進行鱗狀堆積，司機準備動車向東走，抱閘打開瞬間，堆料機失去制動力，僅有自重產生的靜摩擦力，正好趕上碼頭放過來的超額大料量，瞬間將堆料機向東推走。堆料機正常走行最高速度0.5m/s，皮帶堆料速度4m/s，推測堆料機當時被皮帶帶動，至少有2～3m/s的速度，司機見車被推走，先是將走行停止，推桿回零位自動抱緊抱閘，但此時走行速度已超過設計速度，抱閘抱緊后超速制動仍有向前的慣性，并且視頻可以看出車輪位置已經冒出白煙，與抱閘片超量磨損相吻合。司機拍了急停，堆料機整體斷電，最終按視頻上大機對料堆的相對位置變化推斷大機被推走約40m。

5 防溜車措施

為了防止堆取料機溜車，除了常規的進行制動器的維護保養，還需要考慮堆取料機因原始設計不足及生產工況條件變化帶來的不利因素影響。

現在使用的堆取料機基本上都沒有速度反饋控制，只能由變頻器給定輸出，一旦出現上文案例中的溜車情況只能靠司機進行判斷及時停機，若溜車嚴重的情況下司機來不及停車，就可能會出現懸臂撞料堆等惡性事件。因此制造廠在設計制造時應對這種情況進行考慮，引入速度反饋進行閉環控制。而對于現有設備，主要考慮偶爾出現的超料量如何進行防范。

對于超料量，可以結合皮帶秤信號與整個料場的作業控制系統，做出超料量報警，在上游皮帶有超過額定值的大料量出現時，向中控室操作員和堆料機司機發出信號，如圖2，提醒注意提前防范。因報警信號到達會比大料量到達堆取料機提前幾十秒（由皮帶秤和堆取料機之間距離決定），防范措施可以有臨時停止作業，臨時改鱗狀堆積為定點堆積等。

圖2 中控室操作電腦報警